基于工业机器人的自动去毛刺系统设计及研究

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1、工程硕士学位论文基于工业机器人的自动去毛刺系统设计及研究作者姓名王孟飞工程领域机械工程校内指导教师夏琴香教授校外指导教师俞高峰总经理所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年1月DesignandresearchofautomaticdeburringsystembasedontheindustrialrobotADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangMengfeiSupervisor：Prof.XiaQinxiangSouthChinaUn

2、iversityofTechnologyGuangzhou,ChinaTG386.310561201521002423/201813201839摘要工业机器人是一种精度高的可编程系统，其独特的通用性特点使其在制造行业中的应用越来越广泛。在金属和非金属去毛刺领域中，由于作业环境恶劣、人工成本高及产品质量要求越来越高，机器人代替人工完成去毛刺任务已成为制造企业的发展趋势，而传统的在线示教编程周期长、示教精度低等缺点也逐渐显现，影响生产效率；金属件进行去毛刺时，由于毛刺坚硬、工件定位误差及机器人误差等因素，以刚性刀具进行毛刺

3、去除容易出现崩刀或零件破坏现象，尤其是对较大且不连续毛刺的去除。利用离线编程技术，能够实现从CAD模型中生成的JOB刀轨文件导入至MotomanMH24型工业机器人，提高生产效率；设计去毛刺柔性执行器能够实现刀具与零件的柔性接触，避免出现由于误差等因素而导致刀具或零件的破坏。本文对塑件和金属件去毛刺分别进行了研究，针对塑件去毛刺的研究，本文以某汽车引擎盖饰条为研究对象，设计了自动去毛刺系统，并对去毛刺加工进行了轨迹规划；针对金属件毛刺的去除，分析了金属去毛刺与塑件去毛刺的主要区别，设计了去毛刺柔性执行器并进行分析测试，

4、以铝合金车轮毂为对象，对去毛刺柔性执行器进行了去毛刺试验，主要研究内容及结论如下：（1）通过模流分析对引擎盖饰条进行回弹分析，以回弹后的模型进行特定夹具设计，确定压紧气缸型号；对比分析并确定去毛刺刀具材料，设计具有防护功能的刀具结构；完成自动化去毛刺系统外围及底板设计，并根据零件加工流程进行气路结构设计及电气设计。（2）研究了引擎盖饰条去毛刺轨迹规划的相关技术。建立设备所用的MotomanMH24工业机器人的D-H模型，用D-H表示法推导MH24工业机器人的正运动学方程，并利用解析法求得MH24工业机器人的逆运动学解，

5、针对运动学逆解的多解问题，提出以最接近前次角度的解作为最优解的方法得到逆解组合的方法；在进行轨迹规划时，根据零件存在毛刺边缘的曲率变化进行相应的插补，可按如下方式选择插补方式：曲率为零区段采用直线插补、曲率无变化区段采用一段空间圆弧插补、曲率变化区段采用多段圆弧插补；小圆弧段的程序控制点需降低其控制精度，在引擎盖饰条去毛刺的过程中，机器人关节运动平稳。（3）分析了离线程序的误差来源，并进行补偿。通过毛刺去除试验得出了刀具加工角度及机器人加工速度对引擎盖饰条去毛刺质量的影响，结果表明：去毛刺适宜加工角度θ=70°，过小会

6、导致加工质量差甚至无毛刺去除效果，过大则容易导致刀具不稳I定；引擎盖去毛刺加工时间与机器人加工速度的关系类似反比例函数，去毛刺加工适宜的机器人加工速度为V=300mm/s，过小，零件容易出现锯齿形，过大，加工速度对引擎盖条毛刺去除的质量无明显改善。（4）根据金属件去毛刺特点及需求，设计了多向浮动的去毛刺柔性执行器。以输出扭矩大的EM3030-T-J马达、主轴及齿轮减速器组成电动主轴，应用带活塞的径向气动浮动环、特殊关节轴承、轴向活塞结构，完成柔性执行器的结构设计。研究了柔性执行器的动力学特征，并搭建测试平台进行浮动阈值

7、的测试，并对柔性执行器进行去毛刺试验，结果表明：当转速为20000r/min时，工作转速与第一阶固有频率较为接近，容易引起共振；电动主轴在不同的方位角处，径向浮动阈值有所不同，其与浮动活塞的作用数量及方向有关，当气压为0.3MPa时，径向最大及最小浮动阈值为48.83N、40.92N；轴向浮动需克服轴向浮动整体的重力及摩擦力，浮动阈值较大，当气压为0.2MPa时，轴向浮动阈值为217.56N；设计的柔性执行器能够完成铝合金车轮毂去毛刺加工。关键字：工业机器人；去毛刺；引擎盖饰条；轨迹规划；柔性执行器IIABSTRACT

8、Industrialrobotisakindofhighprecisionprogrammablesystem.Itsuniqueversatilitiesmakeitmoreandmorewidelyusedinthemanufacturingindustry.Inthefieldofdeburring,duetothebadw